气举采油原理及油井举升系统设计方法

第二节气举采油原理及油井举升系统设计方法

一、教学目的

了解气举采油的基本原理、熟悉气举阀的工作原理以及气举的启动过程，掌握气举设计中注气量和注气点的确定方法。二、教学重点、难点

教学重点：

1、气举采油基本原理及气举的启动过程；

2、气举设计方法

教学难点：

1、气举启动过程；

2、气举设计中注气点和注气量的确定；

3、作图法确定气举阀的分布。

三、教法说明

课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和动画。

四、教学内容

本节主要介绍五个方面的问题：

1.气举采油原理.

2.气举启动.

3.气举阀.

4.气举设计.

5.气举井试井.

(一)气举采油原理

当地层供给的能量不足以把原油从井底举升到地面时，油井就停止自喷。为了使油井继续出油，人为地把气体（天然气或空气）压入井底，使原油喷出地面，这种采油方法称为气举采油法。

1、发展阶段：

Brown将气举的发展归纳为下列各个阶段：

（1）1864年以前：在实验室进行一或两项实际应用可能性试验。

（2）1864-1900年：用压缩空气举升井内流体，压缩空气注入环空或油管。

（3）1900-1920年：海湾沿岸出现“租用”热。例如美国的斯宾德脱普油田当时曾采用空气气举采油。

（4）1920-1929年：利用天然气进行垂直气举。例如美国俄克拉荷马州的塞米诺尔油田。

（5）1929-1945年：游动凡尔出现很大进展，生产率和配产效率的提高促进了游动凡尔的发展。

（6）1946-1967年：压力操纵凡尔的发展使其实际取代了所有其它类型的气举凡尔。

2、气举采油的优点和局限性

①优点

a、气举井井下设备的一次性投资低，维修工作量小。

b、能延长油田开采期限，增加油井产量。

c、大多数气举装置不受开采流体中腐蚀性物质和高温的影响。

d、井下无摩擦件，均适宜于含砂、含蜡和高含水的井。

e、易于在钻井、井筒弯曲的井中使用，这对近海平台上的定向井尤为合适。

f、油田生产容易实现集中管理和控制，一个中央气举系统可为多口油井服务。

②局限性

a、必须有充足的气源。虽然可以使用水或废气，但成本高，则制备和处理困难。

b、压缩机的操作和维护费用高。

c、使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的处理费用和防腐措施费用。

d、连续气举在高压下工作，安全性较差。

e、套管损坏大的高产井不宜采用气举，因修补套管费用高。

f、难以气举乳化液和粘稠液，不宜用于结蜡井和稠油井。

g、在双层分采的井内，如果上、下层之间相距上千米且井底压力低，不宜采用气举。

h、单独用于小油田和单井的效果较差。

3、气举采油原理

气举定义：利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。

图2-24 气举采油系统示意图

如图2-24所示，从地面注入井内的高压气体与油层产出液在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。

适用条件：

高产量的深井；含砂量少、含水低、气油比高和含有腐蚀性成分低的油井；定向井和水平井等。

根据井况、注气方式以及井口生产方式的不同，气举方法可分为两大类：连续气举和间歇气举。

1、连续气举（Continuous gas lift）

所谓连续气举即连续不断地把高压气体注入环空，通过凡尔进入油管，以减轻油管中的液重，直到建立一足够的压差，使油井产出所

要求的产量。

该方法适用于：采油指数PI较大，井底流压P wf较高的油井。

产量变化范围大（4m3/d-12800m3/d），对某些摩损较大的井仍适用。

2、间歇气举（Intermittent gas lift）

即间歇性的注入气体（通过地面控制器），周期性地把聚集在井底的液体举升至地面。

该方法适用于：①采油指数PI高，井底流压P wf低的油井；②采油指数PI和井底流压P wf都低的油井。

通过方法具有周期性，比较复杂，需要好的周期性的机械设备。

这种方法又分单点注气和多点注气两种工艺。单点注气时，气体全部经由工作凡尔注入，多点注气时，要求在液段行向上部凡尔且液段底部刚通过凡尔时，凡尔即行打开，不能提前打开。

（二）气举启动

1、启动过程

①当油井停产时，井筒中的积液将不断增加，油套管内的液面在同一位置，当启动压缩机向油套环形空间注入高压气体时，环空液面将被挤压下降。

图2-25 气举井（无凡尔）的启动过程

（a）停产时；（b）环形液面到达管鞋；（c）气体进入油管

②如不考虑液体被挤入地层，环空中的液体将全部进入油管，油管内液面上升。随着压缩机压力的不断提高，当环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。

启动压力:当环形空间内的液面达到管鞋时的井口注入压力。

③当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，液面不断升高，液流喷出地面。井底流压随之降低，油层产液，并随注入的高压气体一同排出井筒，最后达到一个协调稳定状态。

2、气举过程中压缩机压力变化

①压缩机向油套环形空间注入高压气体，随着压缩机压力的不断提高，环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的

中途溢出井口。此时，启动压力就等于油管中的液柱压力:

g L p e

ρ=' 第三种情况：当油层的渗透性较好时，且液面下降很缓慢时，则环形空间有部分液体被油层吸收。极端情况下，液体全部被油层吸收，